О том, что превращает палубу в ВПП. Взлётно-посадочные системы авианосцев.

Евгений Шолков
кандидат технических наук,
Виктор Друшляков
Продолжение, начало в №3-2014

Авианосцы, возникшие в годы Первой мировой войны как вспомогательные корабли, призванные осуществлять авиационную поддержку флотов, уже к началу Второй мировой превратились в основную ударную силу в битвах на море. И в наши дни корабли этого класса являются основой надводной составляющей флотов ведущих морских держав. С момента зарождения авианосцев шел непрерывный поиск в создании и совершенствовании взлетно-посадочных систем этих кораблей, без которых, применение авиации с палуб авианосцев было бы невозможным или крайне затруднительным.
Военно-политическая обстановка в мире остается весьма сложной и напряженной. Россия, обладающая огромной территорией и запасами природных ресурсов, в том числе и в шельфовой зоне морей и океанов, ведет широкомасштабные работы по разведке этих ресурсов и их освоению.
Сегодня во всей остроте стал вопрос возвращения российских Вооруженных Сил и Флота в районы крайнего севера и Арктики, для защиты от потенциальных угроз и поддержания стабильности в этих регионах. Не менее актуальной является задача присутствия российского ВМФ и в других районах мира. О возобновлении и развертывании программы строительства авианосцев в России было объявлено в 2003 году, на первом международном военно-морском салоне в Санкт-Петербурге. За прошедшие годы было разработано обоснование необходимости наличия таких кораблей в составе сбалансированного отечественного ВМФ, их оптимального количества, системы базирования и обеспечения.
Программа строительства авианосцев была доложена Президенту РФ и утверждена. Что касается начала реализации программы, то заявлено, что она может стартовать не ранее 2018 года. В настоящее время ведется детальная проработка облика будущих авианосцев и состава их авиакрыла. Само по себе возрождение российского флота и особенно проектирование и строительство таких высокотехнологичных кораблей как авианосцы, является огромной школой для российской военной и инженерной мысли. Чтобы быть эффективным инструментом сдерживания и военно-политической экспансии, авианосец должен обладать реальными боевыми возможностями и качествами.
В предлагаемой читателям журнала «Авиапанорама» серии статей, по истории и развитию взлетно-посадочных систем авианосцев, будет наглядно показан трудный и тернистый путь научно-технического прогресса в этой области. Будет рассказано об успешной титанической работе советских инженеров и конструкторов, вынужденных с нуля создавать в 1980-х годах взлетно-посадочные системы — паровые катапульты и аэрофинишеры, для первых советских полноценных авианосцев.

F-35С взлетает с борта CVN-78
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАТАПУЛЬТА НА БОРТУ АВИАНОСЦА XXI ВЕКА

Совершенствование взлётно-посадочных операций и техники для их выполнения не прекращалось на протяжении всей вековой истории палубной авиации, начиная с первой посадки и взлёта с палубы Юджина Эли (США), первого морского лётчика. Опыт использования авианосцев во Второй мировой войне (WWII) и появление в конце её реактивных летательных аппаратов палубного базирования (ЛАПБ) позволило специалистам Королевского авиационного центра (RAF, Farnbrough) сформулировать три базовых требования к облику авианосцев будущего, среди которых определяющим был «принудительный взлёт при любых условиях старта», т.е., катапультный старт. Более 60 лет это требование успешно выполняла паровая катапульта Митчелла – с середины прошлого века и до наших дней.
Разработка катапультного старта летательных аппаратов (ЛА) прошла тернистый путь, непосредственно связанный с созданием всё более совершенных образцов самолётов и, в первую очередь, с появлением ЛАПБ. Этот путь насчитывает не менее 12 этапов. Вот некоторые из них: полиспастно-гравитационная катапульта (К), пневматическая, пороховая, роторно-инерционная (маховичная), пневмо-гидравлическая и, наконец, электромагнитная (ЭМК, EMALS) на основе линейного электрического двигателя (ЛЭД). Эти решения отличались конструктивно, по физическими принципами и, в основном, различиями применяемого рабочего тела: гидравлика, сжатый воздух, пар и пороховые газы газогенераторов на основе мелинита (в/в) и бездымного пороха кордит. Если все предшествующие поколения К, за исключением роторно-инерционной, имели сходные элементы конструкции в виде цилиндров высокого давления с поршнями, то ЭМК не имеет ничего общего с конструкцией предшественниц и отличается отсутствием… рабочего тела – в ней работает невидимое электромагнитное поле.

Немного истории и теории

Первый действующий синхронный ЛЭД сконструировал в 1911 г. профессор Томского политехнического института Б.П. Вайнберг, испытавший его на модели нагрузки весом 10 кг. Конструкция транспортного средства, названного магнитопланом, представляла собой полую трубу, в которой на магнитном подвесе (принцип магнитной левитации) мог перемещаться экипаж с пассажирами (рис. 1).
В условиях отсутствия силовой электроники эту конструкцию следует признать революционной. В наши дни эта идея положила начало созданию разгонных устройств и электромагнитного оружия на основе рельсотронов. Опыты, проведенные в России и Франции в 1911-1913 гг., оказались успешными и доказали практическую возможность использования ЛЭД в транспортных системах. Основополагающий вклад в эту область внес выдающийся ученый Никола Тесла, открывший в 1882 г. принцип вращения магнитного поля в трехфазных электрических сетях. Этот принцип был положен в основу конструкции роторного трехфазного электрического двигателя, разработанного в 1890 г. русским изобретателем М.О. Доливо-Добровольским.
В западной печати отцом современного линейного электродвигателя признан E. Laithwaite, который провел серию оригинальных экспериментов в области электромагнитной левитации в Имперском колледже в Лондоне. В течение 30 лет, совместно с J. Scelza, он работал над проблемой аккумулирования энергии больших уровней, разработав концепцию compulsator’а. Эти ученые внесли фундаментальный вклад в теорию систем по технологии Маглев (эффект магнитной левитации), получившей широкое применение в ЛЭД на высокоскоростном ж/д транспорте. Почти незамеченной для специалистов осталась публикация E.R. Laithwaite и др. «Линейные индукционные двигатели (ЛИД)» в ж. INTERAVIA №8, 1962 г., в которой авторы, описывая принцип линейного индукционного двигателя (ЛИД), приводят оригинальные данные, относящиеся к первым попыткам испытаний ЭМК для старта одного из первенцев реактивной авиации Lockheed P-80 Shooting Star — катапульты, сконструированной специалистами WEC Electropult (рис. 2).
Как считают авторы этой статьи, роторный индукционный двигатель был изобретён в 1888 г., т.е. после открытия гениальным Н. Теслой принципа вращающегося магнитного поля, а ЛИД на его основе был известен уже в 1895 г., т.е. за 15 лет до проекта ЛЭД Б. Вайнберга (Россия), когда была доказана возможность его использования в транспортных системах.
ЛИД является электрической машиной, в основе которой используется энергия бегущего магнитного поля. Эти двигатели можно представить как разрезанную по образующей обычную роторную электрическую машину и развернутую в плоскость (рис. 3).
Развернутый в плоскость статор двигателя является первичным элементом, а развернутый ротор — вторичным элементом, якорем линейного двигателя. На обмотки статорной части подается многофазный (чаще — трёхфазный) электрический ток, создающий бегущее магнитное поле. Под действием этого поля в подвижном якоре возникают вихревые токи, которые, в свою очередь, создают еще одно магнитное поле. При взаимодействии этих магнитных полей возникает тангенциальное тяговое усилие, направленное вдоль оси линейного двигателя и приводящее в движение якорь. Основной областью применения синхронных ЛЭД, где их преимущества проявляются особенно сильно, является высокоскоростной электрический транспорт. Синхронный линейный двигатель допускает наличие относительно большого воздушного зазора между статором и вторичным элементом и работает при этом с cosφ (коэффициент полезной мощности), близким к единице, и высоким КПД, достигающим 96%. Асинхронный ЛЭД имеет при этом очень низкий cosφ, и его применение оказывается экономически невыгодным. Авторами установлено, что для самолётного катапультного старта наиболее оптимальны синхронные ЛЭД высокого ускорения, когда объекту необходимо достигнуть высокой стартовой конечной скорости на ограниченной дистанции палубы.
Скоростные возможности ЛЭД зависят от конструктивных параметров самого двигателя. Так, по аналогии с ротационными ЭД, окружная скорость которых совпадает с линейной скоростью ЛЭД, этот параметр определяется как Vl = 2pf, где: p — полюсное деление (шаг полюсного интервала), а f — текущая частота питающего напряжения. Т.о., меняя частоту питающего напряжения на треке разгона ЛА, можно добиться плавного разгона ЛА от нулевой до требуемой конечной скорости старта. Для достижения потенциальных преимуществ синхронных ЛЭД на высоких скоростях найдено, что полюсное деление должно быть не менее 80 мм. Конструкция якоря катапульты на ЛЭД должна также учитывать, кроме основной толкающей тангенциальной составляющей, наличие отталкивающей силы между статором и якорем — эффекта магнитной левитации. Такие конструкции созданы на основе взаимной компенсации этой силы между двумя статорными блоками с зазором, в котором перемещается якорная часть. Ко всему, двухсторонняя конструкция позволяет удвоить силу тяги в заданном конструктивном сечении.
Для отработки электромагнитного катапультного старта в конце WWII в США был создан индукционный ЛЭД, длина которого превышала 400 м. Представляет интерес конструкция этой первой (описанной в печати) ЭМК. В сущности, это была инверсная линейная развёртка обычного роторного асинхронного ЭД (рис. 4): взлётная полоса представляла собой статорную часть (1), магнитный сердечник которой был вмонтирован в бетон, а в пазы статора были заложены секции короткозамкнутых обмоток (2); подвижный якорь-тележка (3) с уложенными в пазах корпуса активными трёхфазными обмотками (4), перемещался по рельсовым направляющим. Рядом с направляющими в параллель были уложены трёхфазные шины (5), токосъём с которых для питания обмоток тележки выполнялся с помощью щеток (6). В конце статорной части были уложены секции активных обмоток для электродинамического торможения постоянным током. Усилие, создаваемое ЛЭД, от якоря-тележки передавалось к планеру ЛА с помощью тянущего троса-бриделя (7).
Легко заметить, что в этой конструкции не были скомпенсированы силы магнитной левитации, действующие по нормали, из-за чего холостые запуски без нагрузки были затруднены. Отдавая должное этой пионерской попытке электромагнитного старта, следует отметить и другие недостатки узлов предложенного «инверсного» варианта: якорь т.н. «фазного типа» с питанием обмоток требует отвода значительного объёма тепловой энергии. Учитывая, что асинхронный ЛЭД этого типа обладает низким КПД; открытые неэкранированные рабочие зазоры и лобовые части обмоток якоря являются источниками мощного электромагнитного рассеяния — эффекта ЭМИ (электромагнитной интерференции). Борьба с этим явлением и его влиянием на авионику ЛА и электронную начинку управляемого оружия на подвеске стала одной из основных в разработке электромагнитного старта на долгие годы.
Более совершенную конструкцию ЛЭД авторы упомянутой публикации (1962 г.) предложили на основе двухмодульной конструкции статора с рабочим зазором (рис. 5).
Эта конструкция, опередившая технический прогресс почти на 50 лет, устраняет влияние эффекта «маглев» (magnetic levitation) и вдвое увеличивает удельную мощность поперечного сечения. Не менее важным является существенное снижение эффекта ЭМИ от пульсирующего магнитного поля высокой энергии. До последних лет разработки EMALS в США проблема ЭМИ относила эту систему к наиболее «рискованным технологиям» при строительстве авианосца XXI века. Как будет показано ниже, лишь использовав конструкцию ЛЭД, предложенную E. Laithwaite, удалось создать работоспособную EMALS.
Попытки создать работоспособную ЭМК на заре появления мощных электронных переключателей тока заставили вспомнить идею «магнитоплана Вайнберга». На рис. 6 приведена идея системы электромагнитного старта на основе многоступенчатого соленоида с распределёнными вдоль корпуса обмотками. По принципу действия эта конструкция напоминает линейный синхронный вентильный двигатель (ЛСВД) с принудительной коммутацией. При перемещении якоря-челнока внутри корпуса двигателя проводящей поверхностью челнока выполняется поочерёдная коммутация тока в обмотках с помощью полностью управляемых силовых вентилей, что создаёт бегущую волну тяги, приложенную к тянущему тросу. Предложенную схему, новаторскую по замыслу, едва ли можно признать практически пригодной — она несёт на себе «родимые пятна» паровой катапульты: схема лишена информации о скорости/ускорении ЛА; торможение челнока и тянущего троса в конце разгона на скорости 60-80 м/с в этой конструкции — нетривиальная инженерная задача.
Дальнейший прогресс в создании ЭМК сдерживался низким уровнем технологий как силовой электроники, так и микроэлектроники: на основе формулы (приведена выше) линейной скорости ЛЭД: Vlin = 2ppolf видно, что управление скоростью при заданных конструктивных параметрах статора возможно изменением частоты питающего напряжения — т.н. «частотное управление» — задача достаточно сложная для того уровня электроники. Это могло быть реализовано лишь с помощью преобразователей частоты на основе высоковольтных силовых полупроводниковых вентилей, управляемых микропроцессорами с гибкими обратными связями с элементами ЭМК.

All electric ship. EMALS

Решающим ограничением для дальнейшего применения паровых корабельных катапульт явился физический предел мощности, составляющий величину 90-95 МДж. Причины скрыты в низкой энергоемкости рабочего тела и в ограниченном коэффициенте преобразования энергии пара в силу тяги челнока, приложенную к передней стойке самолета: не превышает 6%, т.е. сравним с КПД паровоза. Это приводит к значительному расходу рабочего тела: на один пуск катапульты затрачивается более 600 кг пара. Палубная команда работает в экстремальных условиях (рис.7). Для компенсации потерь рабочего тела на борту авианосца класса «Нимитц» производится порядка 88 т в сутки дистиллированной воды двойной перегонки, стоимость которой сопоставима со стоимостью лучших сортов бензина.
Анализ, проведенный специалистами, показывал, что на борту авианосца будущего для паровой катапульты не найдется места. Уверенность в этом появилась в 1990-е годы. Результаты фундаментальных научных исследований, достижения передовых технологий и схемотехники в энергетической электроники, цифровых контроллеров в системах автоматического регулирования, технике сверхпроводимости, прогресс в порошковой металлургии по получению мощных ферритовых магнитов на основе NdB, создали широкую базу для экспериментальных работ в области создания новых корабельных систем.
В рамках концепции комплексного электрического корабля (all electrical ship) наиболее очевидным стало создание новой системы корабельного старта на основе ЛЭД. Энерговооруженность современных военно-морских судов, обеспеченных ядерными силовыми установками, способна удовлетворить практически любые потребности корабельных электроэнергетических систем. Ближайшей задачей становится преобразование большинства основных корабельных систем в потребители электроэнергетики: это позволит снизить количество и сложность эксплуатации вспомогательных корабельных систем – потребителей пара, гидравлических механизмов с их подсистемами, воздушных магистралей высокого давления путем сведения их в комплексную электрическую систему. Такая корабельная система характеризуется сокращением бортового обслуживающего персонала и снижением затрат на поддержание жизненного цикла. Особенность электроэнергетики позволяет гибко оперировать и распределять ее ресурсы между корабельными потребителями. В ряд таких потенциальных потребителей встала и такая ответственная система, как взлетно-посадочный комплекс палубной авиации (ВПК ПА), ожидающий кардинального изменение состава и характеристик.
Исследования линейного индукционного электрического двигателя (ЛИЭД) в США проводились компаниями General Atomics (GA), Northrop Grumman (NG), центром US Naval Air Warfare, а также Ливерморской военно-морской лабораторией. К моменту объявления ВМС США тендера на разработку системы электромагнитного старта (EMALS) для авианосцев класса CVN-X убедительные результаты были показаны основными конкурентами – компаниями GA и NG. 20 декабря 1999 г. на конкурентной основе между двумя фирмами ВМС США подписали контракты по программе РМА-251 развития EMALS. Компания GA получила 4-летний контракт в сумме $ 80 млн на первый этап программы PDRR – работы по оценке и снижению риска принятия новых технических решений.
Справка. Компания General Atomics – лидер в области термоядерных исследований, обладала мощной испытательной базой в области ЛИД, исследования сверхпроводимости, магнитных неодим-бериллий-ферритовых сплавов с повышенной коэрцитивной силой. Компания разработала системы накопления и хранения кинетической энергии в несколько десятков мегаватт и реализовала преобразование ее в импульсную нагрузку для прогнозируемых мощных электрических систем будущих кораблей ВМФ.
Компания NG в рамках первого этапа РМА-251 получила $61,8 млн. Первый этап предусматривал эскизное проектирование и разработку конструкции системы EMALS. Спустя пять лет – 05.04.2004 г. было принято решение о развертывании EMALS на перспективных авианосцах серии CVN-X. Победителем в конкурсе была объявлена компания GA, получившая 5-летний контракт в $145 млн по программе SDD, предусматривавшей разработку конструкции и демонстрацию действующей модели ЭМК – демонстратора технологий и испытание полноразмерной модели EMALS на испытательном полигоне NAVAIR – Lakehurst, N.J.
Программа РМА-251 была рассчитана на решение следующих задач:
снижение численности экипажа на 30%,
уменьшение стоимости жизненного цикла всего корабля на 20%,
повышение оперативности управления на 20%,
сокращение установочных размеров и веса разгонного блока до 50%,
увеличение числа самолето-вылетов в сутки до 180-200 циклов,
повышение жизненного цикла ЛА на 30% за счет снижения ударных нагрузок на планер.
В ходе реализации программы SDD выявлены новые инженерные решения, на реализацию которых 17.03.2006 г. компания получила дополнительные ассигнования – $6 млн.
Параллельно с испытаниями макетных образцов (рис. 8), на экспериментальной базе компании в Tupelo, велась подготовка испытательной площадки на полигоне Lakehurst, N.J. с целью испытать полноразмерную модель корабельной катапульты. Для этих целей была выделена площадка размером около 15 га рядом со старой паровой катапультой, построенной в 1950-е годы. В котловане длиной более 110 м был выполнен железобетонный желоб, усиленный стальными плитами для защиты от волновых ударов в процессе пуска. В желобе смонтировано ложе катапульты из металлических секций Y-образной формы (рис.9).
Линейный двигатель катапульты монтировался в ангаре, выполнявшем роль монтажного укрытия. Необходимость последнего на стадии монтажа определяется температурными градиентами из-за неравномерности прогрева конструкции ложа катапульты и возникающими искажениями геометрии конструкций (рис.10).
Подобные проблемы возникали ранее при монтаже силовых цилиндров паровых катапульт на авианосцах. В период монтажа паровой катапульты на полигоне «НИТКА» (Саки, Крым) подобное укрытие, кроме упомянутой функции, решало и задачи скрытности работ от ИСЗ.
28.11.2007 г. комиссия, возглавляемая представителем NAVAIR D. Koen, приняла критический обзор (CDR) окончательного облика EMALS. Монтаж оборудования EMALS был запланирован на средину 2008 г., а полномасштабные испытания должны начаться в начале 2009 г. Дальнейшие планы предусматривали поставку первых компонентов EMALS в Норфолк для установки на борт CVN-78 в 2011 году, хотя в наши дни этот срок перенесён на 2014 г, а авианосец «Дж. Форд» уже спущен на воду.
Субподрядчик GA компания Kato Engineering, Mankato в марте 2008 г. изготовила и приступила к 30-дневным полномасштабным испытаниям двигатель-генератора подсистемы накопления и хранения энергии – ESS для EMALS (рис.11).
Программа предусматривала суточные испытания из 250 циклов работы на полную нагрузку. Kato Eng. запустила в производство 4 комплекта ESS для испытаний конструкции двигатель-генератора в составе комплекса EMALS на испытательной базе в Lakehurst, N.J.
После успешного завершения к концу 2007 г. окончательного дизайна линейного двигателя EMALS началось изготовление масштабной модели в половину длины. К этому времени под монтаж была подготовлена экспериментальная база в Tupelo, Miss. площадью в 465 га. К 17.07.2008 г. оборудование было смонтировано и начались испытания всего комплекса. В начале сентября 2008 г. число испытательных циклов было доведено до 10 000 пусков. В процессе первого этапа НСТ-1 проверялись энергетические характеристики и тепловые режимы линейного двигателя, а также реальные динамические параметры двигатель-генератора подсистемы накопления энергии ESS. 19.03.2009 г. разработчики дали «добро» испытательной команде начать очередной этап НСТ-2 с целью подтвердить работоспособность EMALS в полном диапазоне весовых и скоростных параметров.
Дальнейшие неудачи в испытаниях привели к срыву их графика и необходимости дополнительного финансирования, а наиболее драматическим исходом этой ситуации обсуждался план возврата к паровой катапульте на строящемся CVN-78. Себестоимость этого шага оценивалась от $600 млн до $1 млрд с задержкой вступления корабля в строй до двух лет. Командующий ВМС ВВС V.Adm. T. Kilcline заявил, что «будет очень трудно, если не катастрофично, терпеть что-то вроде корректировки центра тяжести авианосца для переоборудования под пар в случае, если EMALS окажется бесполезной», – скандал нарастал, как снежный ком. Впервые эти озабоченности в стенах Конгресса были высказаны еще 15 мая 2009 г. председателем подкомитета G.Taylor: «Я обеспокоен программой EMALS для следующего авианосца – провал только одной этой системы будет означать, что мы строим крупнейший в мире авианосец для вертолетов».
На фоне этого пессимизма 27 июля 2009 г. GA объявила о завершении второго этапа высокоцикличных испытаний (НСТ II) на базе в Tupelo, Miss. комплекса систем: ESS – первичный двигатель для раскрутки маховичного накопителя кинетической энергии, импульсный электромашинный генератор более 60 МВт и PCS (система преобразования энергии: выпрямители, инверторы). Проведенные 10 000 циклов испытаний с имитацией пусков различной нагрузки подтвердили надежность и производительность систем. На третьем этапе этих испытаний (HCT III) в процессе 30 000 циклов были проведены комплексные испытания ESS и PCS.. 12 ноября 2009 г. на объединённой базе JB MDL (центр Lakehurst) высокие должностные лица из авиационного командования ВМФ (NAVAIR) участвовали в торжественной церемонии разрезания красной ленты на площадке EMALS, что означало окончание монтажа линейного двигателя и систем преобразования энергии для пусков нагружателей и начало испытаний системы (рис.12).
Отсутствие публикаций о начале и ходе испытаний EMALS могло свидетельствовать о новых проблемах. Первый холостой пуск на пониженной скорости на дистанцию в 10 м был осуществлен лишь 12 января 2010 г. Этот пуск без нагрузки оказался разочаровывающе неудачным – произошёл режимный сбой управляющей программы: питание линейного двигателя было подано в реверсном режиме (режим возврата в исходное положение). В результате получил повреждения челнок-ротор, а также разрушено устройство натяжения ЛА на исполнительном старте – был нанесен ущерб в десятки тысяч долларов, а в графике испытаний наметилось очередное «окно» почти на три месяца. Следующий этап испытаний с пусками пассивных тележек-нагружателей должен был стать проверкой достижения максимальной тяги при максимально допустимых конечных скоростях, проверка временных интервалов полного цикла работы. После устранения разрушений в результате первого пуска (12.01.10 г.) и корректировки управляющих программ, с 6-7 марта в течение 45-50 дней была пройдена часть этапа SFD, успешно завершившаяся холостыми пусками (более 750 циклов), в 30% из которых конечная скорость превысила 300 км/ч. Новый перерыв в испытаниях затянулся с 5 мая по 12 сентября 2010 года (пять месяцев), и это – в условиях существенного отставания (более 7 месяцев) в графике проведения испытаний, поставившего под сомнения перспективу EMALS.
Переход к пускам реальных нагружателей – на первом этапе это были выработавшие летный ресурс F/A-18 – пришлось перенести на семь месяцев, т.е. на конец 2010 г. В рамках подготовки к этим пускам была выполнена проверка контрольной точки программы – запуск тележки-нагружателя массой, равной массе F/A-18E Super Hornet, с конечной скоростью в 285 км/ч. Этот прогресс в рамках этапа SFD расценивался как открытие «окна» в программе испытания пусков F/A-18E и запусков в будущем – точка принятия решения по возврату к паровым технологиям была окончательно пройдена. Исторический пробный старт палубного истребителя-бомбардировщика F/A-18E состоялся 18 декабря (рис.13), а уже на следующий день, после анализа первых результатов, была проведена первая серия взлетов.
Однако эйфория, вызванная первыми стартами палубного F/A-18E (21,3 – 30,0 т.), сменилась неопределенностью: ВМС США приостановили испытания электромагнитной катапульты – поводом для такого решения стали неполадки, выявленные в ходе первого испытательного запуска. Как заявил Ш. Стэкли, руководитель управления закупок ВМС США, во время первого взлета F/A-18E в работе электромагнитной катапульты проявились «провалы» тяги линейного двигателя.
Поясним нашим читателям некоторые технические аспекты этих неполадок. Разгон самолета катапультой носит равноускоренный характер с постоянным уровнем, не превышающим 4,5 g. Линейный двигатель катапульты состоит из нескольких (до 10-15) независимых, последовательно уложенных секций, каждая из которых питается от отдельного преобразователя частоты и напряжения. По мере перемещения самолета и увеличения его скорости происходит последовательное включение питания секций двигателя с передачей усилия от секции к секции. При этом в секционированных преобразователях-инверторах происходит повышение частоты и напряжения пропорционально скорости ЛА. Источником неприятностей вновь оказалось «ахиллесова пята» системы управления EMALS – программное обеспечение управляющих воздействий и их согласование на стыке соседних секций. Разработчик математического обеспечения – компания General Atomics – гарантировала устранение выявленных «провалов» в трехмесячный срок, однако на корректировку управляющего матобеспечения было потрачено более пяти месяцев.
Лишь 25.05.2011 г. были проведены очередные пробные пуски. В серии испытаний с пусками реальных нагружателей, продолженных в Лейкхёрсте с 1 июня 2011 г, с помощью EMALS было выполнено 38 успешных взлетов самолетов палубного базирования. Свидетельством доверия к проведенным доработкам служило перебазирование в Лейкхёрст последнего достижения американского авиапрома – F-35C (JSF). Уже 7 июля 2011 г. на испытательной площадке газоотбойного щита начались гонки двигателей на совместимость с геометрией щита. После отработки щита испытания вышли на новый уровень. Вот график этих запусков:
1-2 июня 2010 г.: Успешный запуск учебно-тренировочного палубного самолёта Т-45C Goshawk в Центре военно-морской авиации Engineering Station, Lakehurst.
9-10 июня 2010 г.: Успешный запуск тактического военно-транспортного палубного самолёта С-2A Greyhound (22,5-24,6 т.) в Engineering Station, Lakehurst.
27 сентября 2011 г.: Успешный запуск самолёта дальнего радиолокационного обзора E-2D Advanced Hawkeye (19,5-26,0 т.) в Engineering Station, Lakehurst.
18 ноября 2011 г.: Успешный запуск новейшего истребителя пятого поколения F-35C Lightning II (26,0-30,0 т.) – важнейший этап испытаний EMALS, который подтвердил совместимость катапультного старта F-35C с параметрами EMALS и дал «зеленый свет» электромагнитному старту для установки на борту CVN-78 – «Дж. Форд».
Вскоре (29.09.11 г.) после успешного старта E-2D Hawkeye состоялось не менее значимое событие – началась загрузка энергетического оборудования системы ESS на борт строящегося CVN-78 (рис.14).
Затем последовала загрузка элементов конструкции ложа катапульты на полётной палубе и монтаж секций линейного индукционного двигателя (рис.15).
Как заявил 13 мая 2014 г. руководитель программы EMALS/AAG капитан 1 ранга Дж. Доннелли (cap. J.Donnelly): «Мы провели 452 пуска ЛА (в Lakehurst ) и только что закончили второй этап тестирования на совместимость самолета». Следует уточнить, что с сентября 2010 г. по декабрь 2013 г. было проведено 3036 пусков тележек-нагружателей и более 11 000 холостых пусков. По словам Дж. Доннелли, летом 2014 г. на борту CVN-78 должна была быть выполнена тарировка систем EMALS по испытанной технологии – путём пусков тележек-нагружателей, приводняющихся в р. Потомак. Этот этап предшествует началу палубных стартов (часть общей программы испытаний F-35C) после выхода авианосца в море.
Более полувека паровая катапульта – рабочая лошадка палубной авиации – не знала замены. Событие 18 декабря 2010 года и последующие испытания подводят черту дальнейшему использованию энергии пара для самолетного старта, а EMALS становится его достойной альтернативой, соответствующей требованиям времени и уровню технического прогресса.

Как это работает

Опыт, накопленный в процессе разработки и эксплуатации скоростного ж/д транспорта на основе линейных электрических двигателей, послужил базисом для отработки конструкторских решений ЭМК. В основу многофазного синхронного ЛЭД положена конструкция обычного многофазного электрического синхронного двигателя с активным ротором и статором, возбуждаемым через систему обмоток, уложенных в специальные пазы. Статор набран в пакет из пластин электротехнической стали с прорезями (пазами), в которые укладываются секции обмоток из медных проводов. Активный ротор собран из набора постоянных магнитов с высокой плотностью магнитного потока – до трех Тл, что определяет удельную энергетику двигателя. Современные технологии позволяют получать неодимовые постоянные магниты на основе сплавов Nd-Fe-B с высокими остаточной индукцией и коэрцитивной силой, с рекордными удельными массо-энергетическими показателями.
Для перехода от вращающегося ЭД к модели ЛЭД с эффектом перемещения по прямой достаточно представить себе необходимой протяженности линейную развертку ротора и статора обычного двигателя. Для получения эксплуатационных характеристик, близких к параметрам двигателей постоянного тока, был разработан вентильный двигатель (ВД) переменного тока. Одновременное управление мощностью двигателя и скоростью перемещения полезной нагрузки позволяет применять метод частотного управления путем изменения частоты и уровня питающего напряжения – закон пропорционального управления: U/f = const, где – U (varia) – величина напряжения питания, f (varia) – частота питающего напряжения, изменяемые по линейному или иному закону, в зависимости от необходимых динамических характеристик. В такой системе основными элементами являются: электрический двигатель, датчики положения ротора и система управления с гибкими обратными связями. Контроль положения ротора-каретки с челноком EMALS во время разгона летательного аппарата (ЛА) с помощью датчиков положения и системы управления линейным электродвигателем устраняют главный недостаток паровой катапульты – отсутствие контроля за скоростью и положением ЛА на треке катапульты. EMALS удовлетворяет всем требованиям отработки усилия, скорости и ускорения ЛА не только на старте, но и во время всего цикла разгона.
Для понимания принципа действия электромагнитного старта рассмотрим структуру EMALS (рис.16). Система состоит из ЛЭД с активным ротором (снабженным постоянными магнитами) и основными контурами управления по скорости и положению ЛА на треке катапульты. EMALS по разным источникам может включать в себя до шести подсистем:
1. Подсистема PPI (prime power interface) – связующее звено, обеспечивающее оптимальное взаимодействие судовой распределительной сети с подсистемой ESS.
2. Подсистема ESS (energy storage system) – комплекс устройств для накопления и хранения энергии от судовой сети между запусками ЛА и сброс этой энергии на устройства-преобразователи на интервале запуска.
3. Подсистема PCE (power conversion electronics) – комплекс силовых электронных преобразователей (выпрямителей, инверторов, систем управления), обеспечивающих конечное преобразование кинетической энергии подсистемы ESS в напряжение изменяемой частоты и амплитуды по заданному закону разгона ЛА.
4. Разгонный блок LMS (launch motor system) – синхронный ЛЭД с активным ротором (на постоянных магнитах). Выполнен в компактном модульном исполнении, встроен в полетную палубу и выполняет функцию преобразования энергии от PCE в энергию бегущего электромагнитного поля. При достижении заданной конечной скорости ЛА линейный двигатель переходит в режим торможения пары ротор-челнок, а по завершению торможения переходит в реверсный режим для возврата ротора в исходное положение к следующему старту.
5. Подсистема LCS (launch control system) – модульный комплекс аппаратных средств. Для управления величиной тяги челнока, приложенной к ЛА, подсистема представляет собой управляющий контур с обратными связями по скорости и положению челнока на треке катапульты. Информация в контур управления поступает от линейки датчиков Холла, размещенных вдоль статора. Такая схема самоконтроля положения и скорости челнока позволяет поддерживать постоянный уровень тяги, снижая ударные воздействия на ЛА в момент старта.
6. Подсистема EDS (energy distribution system) – оконечное звено системы распределения энергии от ESS к катапультам. Позволяет маневрировать ресурсами энергии, запасенной в системе накопления и хранения между катапультами корабля. Содержит обычные электротехнические компоненты: кабели, шкафы, коммутирующие устройства энергии.
Заданный уровень энергии запуска почти на 30% превышает конструктивный предел мощности паровой катапульты в тех же габаритах желоба для размещения двигателя ЭМК.
Исходная энергия для питания системы EMALS поступает из корабельной сети через подсистему PPI, обеспечивая оптимальное распределение нагрузки на питающую сеть. Такое распределение выполняется в зависимости от уровней накопленной энергии в подсистемах ESS и потребности в ней к запуску очередной катапульты. На подсистему PPI также возлагаются функции снижения влияния всего комплекса EMALS на корабельную систему в части искажения формы питающего напряжения, а также фильтрацию высокочастотных помех, генерируемых силовыми преобразователями. Обеспечить энергию запуска, доходящую до 120 МДж, возможно только с помощью промежуточной системы предварительного накопления и хранения энергии с целью дальнейшего преобразования в механическую тягу челнока в течение 2-3 с отрезка запуска ЛА. Эту роль высокоэнергетического накопителя выполняет подсистема ESS.
Для подсистемы ESS в качестве накопителей энергии были выбраны маховичные массы, позволяющие накапливать кинетическую энергию с уникальной плотностью 18-28 кДж/кг. Нетрудно показать, что для обеспечения энергии запуска суммарная масса маховиков системы достигает 6 т. Кинетическая энергия маховика в момент запуска ЛА используется для вращения генератора, питающего системы EMALS. По заказу компании GA для подсистемы ESS компанией Kato Eng. был разработан и изготовлен двигатель-генератор, способный запасти энергию до 60 МДж в маховичных массах ротора и преобразовать его в 2-3 сек. импульс электроэнергии порядка 60 МВт. Для сравнения, такую энергию потребляет городок на 12 000 домов. Объем этого агрегата составляет 4 х 3 х 2 м при общей массе до 36 000 кг. При накоплении кинетической энергии двигатель-генератор в двигательном режиме раскручивает ротор до 6400 об/мин. До начала полетов режим раскрутки может быть достаточно продолжительным при сравнительно небольшой средней мощности, потребляемой из корабельной сети. С учетом затрат кинетической энергии ротора на один пуск эти потери должны восполняться из корабельной сети за 45 с цикла запусков. В перерыве между запусками двигатель обеспечивает режим хранения кинетической энергии, поддерживая требуемую скорость вращения – вторая из основных функций системы ESS.
Как показали расчеты, на авианосце «Дж. Форд» в состав каждой катапульты EMALS будут включены три подобных накопителя. При запуске ЛА двигатель-генератор переводят в режим генерирования электроэнергии. При этом система должна обеспечить достаточную стабильность параметров по напряжению и частоте за счёт избыточности накопленной кинетической энергии. Так, скорость вращения ротора не должна терять боле 20%. Это позволяет поддерживать частоту генерируемого напряжения в пределах 2100-1700 Гц в интервале запуска. Максимальное выходное напряжение генератора достигает 1700 В при пиковой нагрузке в 6400 А. Генератор преобразует до 90 % кинетической энергии, запасенной в роторе, а общие потери на пуск в агрегате составляют 127 кВт. Высокие энергетические показатели двигатель-генератора получены применением активного ротора с постоянными неодимовыми магнитами.
Комплекс силовых электронных преобразователей, составляющий подсистему PCE, выполняет преобразование электроэнергии с достаточно стабильными параметрами из подсистемы ESS в электроэнергию изменяемой частоты и напряжения. Параметры для этого преобразования поступают в виде управляющих сигналов из подсистемы LCS.
Исследования показали, что плавный пуск линейного синхронного электродвигателя мощностью в десятки мегаватт с нарастающей скоростью наиболее рационален с помощью силового вентильного (полупроводникового) преобразователя с однократным преобразованием энергии. Эти преобразователи выполняют непосредственное преобразование частоты питающего напряжения без промежуточного выпрямления. Такие преобразователи известны как непосредственные преобразователи частоты (НПЧ), в западной литературе именуемые циклоконверторами. В разработке компании GA подсистема PCE выполнена на основе преобразователя частоты с естественной коммутацией (НПЧ). Мостовые схемы НПЧ выполнены по схеме преобразования 3-фазной питающей сети в однофазные напряжения (схема 3f-1f). Для получения 3-фазного выходного напряжения мостовые схемы 3f-1f соединены последовательно-параллельно.
Разгонный блок (подсистема LMS) состоит из ЛЭД двухмодульной конструкции, размещенного в желобе под полетной палубой. Статорная часть двигателя выполнена в виде отдельных секций, объединенных единой конструкцией протяженностью 106 м. Статорная секция имеет в длину 0,640 м, 0,686 м – в ширину и образована двумя параллельными сегментами, набранными из пластин электротехнической стали. В сегментах проштампованы пазы для укладки секций обмоток. Обмотки в пазах обращены во внутреннюю сторону пакета. Таким образом, общее количество сегментов насчитывает 298 штук, по 149 с каждой стороны. Обмотка уложена в 24 пазах сегмента по трехфазной схеме, образуя 8 полюсов с шагом 80 мм. Ротор двигателя перемещается в рабочем зазоре между сегментами статора с помощью системы роликов по специальным направляющим. Ротор двигателя относится к классу активных роторов за счет неодимовых магнитов, расположенных на внешних сторонах конструкции. С каждой стороны ротора расположено по 80 магнитов. С учетом полюсного шага в 80 мм можно оценить общую длину роторной каретки в 6,5 м (по данным печати – 22 фута). Усилие двигателя, приложенное к каретке, передается на башмак челнока над полетной палубой, не отличаясь от конструкции паровой катапульты. Следует отметить особенности конструкции роторной части – алюминиевой пластины толщиной порядка 30 мм. Расположение активной зоны ротора между сегментами статора позволяет взаимно скомпенсировать силы эффекта левитации, влияние которых могло неблагоприятно сказаться на работе двигателя при нестационарном положении полетной палубы. Подобная конструкция ротора радикально снижает воздействие рассеянного электромагнитного поля на электронные блоки ЛА и подкрыльевые подвески за счет экранирования поля кареткой ротора. Так, на высоте 25 мм над палубой поле достигает максимума в 0,3 Тл, а на высоте в 100 мм снижается до 0,07 Тл, что сравнимо с уровнем магнитного поля Земли. Принятая к испытаниям конструкция двигателя половинного масштаба показала удельную плотность тяги порядка 92 кг/см кв. его сечения, что втрое превысило показатели паровой катапульты. По достижении конечной скорости ЛА линейный двигатель переходит в режим торможения каретки-ротора с помощью укороченных секций статора. Путем переключения порядка чередования фаз питающего напряжения двигатель переходит в реверсивный режим, обеспечивая безударное торможение челночно-роторной группы. В этом же режиме реверса осуществляется возврат челночно-роторной группы в исходное состояние.
Рассматривая новую конструкцию статорной части линейного двигателя EMALS, следует отметить, что полномасштабная модель EMALS в Lakehurst, N.J. выполнена с открытым магнитным зазором, а активные части роторных секций обращены внутрь, образуя общее магнитное поле в зазоре толщиной около 50 мм. Конструкция, аналогичная предложенной E.R. Laithwaite еще в 1962 г. (рис.5). Энергетически «новая» конструкция статорной части имеет более высокие удельные показатели.
В составе энергетического комплекса EMALS существенную роль играет подсистема EDS, являющаяся оконечным звеном оптимизации и распределения энергии от подсистем ESS к четырем катапультам корабля. По первоначальному проекту CVN-X каждая катапульта должна была иметь в составе ESS три накопительных двигатель-генератора. По заявлению руководителя программы cap. M. Swartz: «Инженеры осознали избыточность мощности систем накопления и хранения: достаточно трех ESS для четырех катапульт – любое из устройств хранения может служить для любой из катапульт. На «паре» при выходе из строя любого узла накопления и транспортировки пара – катапульта неработоспособна». Назначение EDS трудно переоценить: переход к трем подсистемам ESS для четырех катапульт дает около 110 т экономии веса и 80 м куб объема.
Комплексная работа описанных выше подсистем EMALS происходит следующим образом. Энергия корабельной питающей сети после входного трансформатора поступает на трехфазный электрический двигатель, на общем валу которого с импульсным генератором помещен маховик-накопитель кинетической энергии массой более 3 т. В процессе подготовки к полетам и во время пусков летательных аппаратов (ЛА) двигатель потребляет от первичной сети сравнительно стабильную мощность (до 1,35 МВт), не создавая проблем бортовой сети в виде нестационарных нагружений. В момент запуска ЛА генератор переводится в режим импульсного возбуждения (2,5-3 с), преобразуя накопленную кинетическую энергию в электрическое напряжение. Линейный двигатель выполняется в виде секционированных статорных групп, питаемых от 24 НПЧ. Это обеспечивает гибкую реализацию требуемого закона управления, а также активацию (подачу питания) статорных секций, находящихся только под движущейся кареткой-челноком – создается волнообразный режим возбуждения статорных секций. Очевидным преимуществом EMALS следует назвать отсутствие системы торможения каретки-челнока и системы возврата ее в исходное стартовое положение: все эти функции выполняет LMS в программном режиме.

EMCAT, рельсотрон и другие

Из девяти стран мира, владеющих авианосными соединениями, кроме США, наибольший интерес к системе электромагнитного старта проявляют: Великобритания, Россия, КНР и Индия. Заслуженное первенство в этом списке занимают британские учёные и конструкторы, с достижений которых мы открыли эту статью (см. публикацию в ж. INTERAVIA №8, 1962 г.). Можно предположить, что фундамент этого первого старта P-80 Shooting Star закладывался британскими специалистами ещё с середины 1950-х – ещё одно свидетельство приоритетов палубных разработок в Англии. Эти приоритеты на берегах Туманного Альбиона не утрачены и на рубеже столетий, несмотря на серьёзную конкуренцию в разработке ЭМК за океаном. Достаточно упомянуть убедительные результаты работ по программам EMCAT/EMCIT, заслуживающие отдельного более детального описания. Первые испытания масштабной модели EMCAT (Электро-Магнитной КАТапульты) были проведены в 2007 г. компанией Converteam, а в 2009 г., когда работы близились к завершению, программа получила правительственную поддержку в $1 млн. Форсирование этой программы – стремление получить собственную ЭМК – объяснялось колебаниями в Министерстве обороны относительно состава авиакрыла для перспективных авианосцев класса Queen Elizabeth: между F-35B и F-35C. В отличие от заокеанской программы РМА-251, британские разработки носили более обширный характер: ставилась задача обеспечить электромагнитный старт широкого спектра ЛА – от легких беспилотных (БПЛА) и ударных БПЛА до ЛА пятого поколения типа F-35C: EMCIT, EMCIT+ и EMCAT, соответственно. Массы этих ЛА могут варьироваться от 500 до 40 000 кг. В этих программах участвуют и зарубежные фирмы – французский филиал Converteam.
В России, как всегда, разработка ЭМК идёт своим национальным путём, хотя публикации в отечественных СМИ не дают ясного представления об уровне и направлении этих работ. Не внесло ясности, а скорее, добавило интриги интервью Генерального конструктора Невского проектно-конструкторского бюро (НПКБ, СПб) С. Власова – руководителя проекта авианосца XXI века (23.04.14 г.). Сославшись на неназванную отечественную организацию, работающую над ЭМК, Власов подтвердил, что перспективный авианосец РФ будет оснащен ЭМК и самолётами катапультного старта. Не вызывает сомнения, что испытания образцов отечественной ЭМК могут быть проведены на строящемся центре в Ейске, либо на существующем полигоне НИТКА (Саки). Второй вариант представляется нам наиболее реальным, осуществимым с меньшими капитальными затратами: существующие полигонные конструкции дают такие основания. С учётом зарубежного опыта эти работы будут иметь результат через 10-15 лет. Однако в интервью было заявлено, что ЭМК как таковой ещё предстоит доказать свою надежность, которая, по представлению С. Власова, на два порядка ниже паровой катапульты. Автора заявления, по-видимому, не убеждают более 13 000 безаварийных пусков EMALS с пассивными и реальными нагружателями – более чем достоверная статистика.
Начало работ над проблемой ЭМК в нашей стране, по-видимому, относится к концу 1970-х. В 80-е годы по теме электромагнитных катапульт проводилась НИР (участвовало ОКБ МиГ, ЦАГИ, Институт высоких температур АН). Разрабатывались две группы систем для взаимодействия с летательным аппаратом. Первая, представляя собой линейный электродвигатель, обеспечивала разгон или торможение ЛА, вторая – его стабилизации над поверхностью разгона-торможения. В процессе выполнения НИР выявилась необходимость создания специальной конфигурации ЛА с плоской нижней частью довольно больших размеров. Были испытания на моделях, но работы прекратились после прекращения финансирования по понятным причинам…
Автор этих строк, в 1980 г. в качестве сотрудника ЦНИИСМ, принимал участие в поисковых работах коллектива сектора частотно-управляемого асинхронного привода применительно к линейным двигателям катапультного старта. На основе материалов зарубежных разработок коллектив констатировал проблемы в отсутствии быстродействующих сверхмощных полупроводниковых коммутаторов тока, а главное – неизбежное воздействие электромагнитного рассеяния на авионику ЛА. Работы оказались лишёнными перспективы.
Генеральный конструктор НПКБ в своём интервью относительно разработчика отечественной ЭМК покривил душой, скрыв секрет полишинеля. Это интервью отражало вопросы, поднятые ещё в 2009 г. на совещании в Санкт-Петербурге по проблемам формирования облика перспективного авианосца РФ. Отмечалась актуальность базирования на его борту катапультируемых ЛА, особенно необходимых самолётов ДРЛО. Вопрос о паровой катапульте уже не ставился – необходимо было заняться разработкой отечественной ЭМК. С концептуальным докладом выступил А. Кондратенко, ведущий научный сотрудник Отделения импульсных процессов научного центра «ГНЦ РФ ТРИНИТИ» (г. Троицк). Рассматривался вопрос о потенциальных параметрах ЭМК на основе многовиткового линейного ускорителя рельсотронного типа, отвечающих требованиям перспективных палубных ЛА. По оценке отечественных экспертов, ЭМК средней и большой мощности для запуска палубных ЛА массой от 25 до 45 т должны обеспечивать кинетическую энергию от 55 до 95 мДж. Для запуска БПЛА массой до 2,5 т может быть создан укороченный вариант ЭМК. Ожидаемые перегрузки ЛА будут заметно меньше, чем при паровой катапульте, и не превысят 2,5 g. Расчеты показали, что стоимость опытного образца рельсотронной ЭМК большой мощности оценивается в 100 млн руб.
Задача разработки подобной ЭМК под силу ведущему институту инновационных технологий и термоядерных исследований ТРИНИТИ. С начала 1980-х годов здесь развиваются работы по электродинамическим ускорителям тел. Исследуются различные типы рельсовых ускорителей для метания тел, а также их возможные приложения.
Рельсотроном называют пушку, которая для разгона электропроводного якоря применяет электромагнитную силу. На первом этапе разгона якорь такой пушки является частью электроцепи. Своим названием рельсотрон обязан двум контактным рельсам, между которыми и происходит движение якоря, соприкасающегося с ними. Считается, что первыми выдвинули идею электромагнитной пушки французские инженеры Фашон и Виллепле еще в 1916 году. Основываясь на принципе индукции Гаусса, они использовали в качестве ствола цепочку катушек-соленоидов, на которые последовательно подавался ток. Их действующая модель индукционной пушки под действием сил Лоренца разогнала снаряд массой 50 грамм до скорости 200 метров в секунду.
Первый успешный пуск рельсотрона в ТРИНИТИ состоялся в октябре 2010 г. На рельсотроне длиной 3 м при токе 11 000 А якорь массой 226 кг был разогнан до скорости 18 м/с. За последние пять лет в ТРИНИТИ были разработаны и проверены экспериментально конструкции рельсотронов с 3 и 5 парами рельсов, которые могут быть эффективными для разгона тел большой массы при низких уровнях рабочего тока.
Самый мощный в мире рельсотрон (США) был испытан в 2008 г. и разогнал снаряд массой более 3 кг до скорости 2,52 км/с. Энергия выстрела составила 10,64 мегаджоуля, и это только треть от номинального энергетического потенциала орудия. Созданием нового оружия – рельсотрона – занимается американское подразделение британской компании BAE Systems, получившее соответствующий контракт Министерства обороны США в 2005 году (рис.17).
С тех пор на создание пушки было потрачено $211 млн. В наращивании мощи перспективных рельсотронов, как разгонного устройства для запуска космических аппаратов на низкие орбиты, заинтересовано и агентство NASA (рис.18).
Проблемой электромагнитного старта палубных ЛА озабочены и новички среди стран авианосного клуба – учёные и конструкторы КНР. Работы, которые начались в 2002 г., привели к созданию в 2008 г. полномасштабного действующего лабораторного макета. В настоящее время научным руководителем этих работ является профессор Военно-морской инженерной академии, генерал-майор Ма Вэй Мин. Снимки из космоса позволяют судить о размахе испытаний: общая длина технологического стенда (очевидно, с тормозными системами для тележек-нагружателей) достигает 150 м, а длина линейного двигателя оценивается в 80 м (рис. 19). Став вторым в мире после США, этот объект не уступает по времени американским разработкам. Это не стало неожиданностью для экспертов, учитывая огромный опыт китайских ученых и конструкторов в области разработки и эксплуатации линейных двигателей для высокоскоростных железных дорог, протяжённость которых в КНР превышает 5000 км. Достижения китайских разработчиков ЭМК позволяют сделать вывод, что следующее поколение авианосцев КНР с ядерной силовой установкой будет нести на борту катапультируемые ЛА с электромагнитным стартом.
Региональное стратегическое противостояние КНР и Индии проявляется и в программах строительства авианосных флотов. Поступивший в 2013 г. на вооружение ВМФ Индии авианосец INS Vikramaditya (модернизированный в России ТАКР «Адмирал Горшков»), имея на борту авиакрыло в составе MиГ-29K и Tejas, стартующих с трамплина, в течение ближайших 10-20 лет с трудом будет уравновешивать возможности китайского CV-16 Liaoning. В 2015-2016 гг. в строй должен вступить флагман западной группы ВМФ Индии авианосец INS Vikrant, который является всего лишь повторением параметров Vikramaditya. И только закладка в 2014 г. авианосца INS Vishal – вторым в классе Vikrant – потребует создания катапультируемых ЛА (от пилотируемых ЛА до ударных БПЛА) и разработки систем электромагнитного старта. Эти работы должны дать реальный результат – установку оборудования на борт корабля ко времени его спуска в 2020 г. Способность управлять более тяжелыми истребителями-штурмовиками и самолётами РЛДО может быть обеспечена лишь с помощью ЭМК.
В мае 2013 г. в Дели группа из 30 высших офицеров ВМФ Индии встретилась с представителями компании General Atomics, которые по специальному разрешению Вашингтона проинформировали индийских моряков о технических подробностях EMALS. Эта встреча носила явно провокационный характер в попытке занять место России в программах модернизации индийского ВМФ. Уже в сентябре 2013 г. во время визита в Нью-Дели зам. министра обороны США Э. Картер предложил индийской стороне совместную разработку следующего поколения EMALS. Ставка была сделана на солидную финансовую базу Индии и нарастающий научный потенциал этой страны. Предпринята серьёзная попытка развернуть вектор этих возможностей в сторону США в ущерб военно-техническому сотрудничеству Индии и России в совместных оборонных программах. По отзыву индийских моряков, возможности EMALS впечатлили их, однако они понимают трудности и риски приобретения этой системы у монополиста (single-vendor) и недостаточную надежность ЭМК. Этот американский «пряник», действительно, имеет неприятный привкус: американская сторона, предлагая совместную разработку, настаивает на сдвиге сроков закладки и трансформации проекта INS Vishal под заокеанский авиапром. С учётом наработок по рельсотронной ЭМК в нашей стране, совместные работы в этом направлении с индийскими специалистами могли бы дать ощутимый кооперативный выигрыш во времени и стоимости этих работ.
Несмотря на неясности в формировании облика российского авианосца будущего и неопределённости в сроках его строительства, подобная международная кооперация работ по электромагнитному старту должна носить опережающий характер в создании задела в программе «Авианосное соединение».

Продолжение следует

Ваш комментарий будет первым

Написать ответ

Выш Mail не будет опубликован


*


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика